肖逸
[本刊訊]由北京大學俞大鵬院士領導的“納米結構與低維物理”研究團隊在具有防水和自修復功能的聚合物骨架鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得重要進展。相關研究成果在線發(fā)表于NatureCommunications,2016,7:1-9上。
由于具有高吸收系數(shù)、平衡的電子空穴遷移率、可調控的帶隙、極高的量子發(fā)光效率和較大的缺陷容忍度等一系列特點,使得平面異質結有機-無極雜化鈣鈦礦型(CH3NH3PbI3)太陽能電池的光電轉化效率超過20%。但其在潮濕環(huán)境下易發(fā)生水解使電池失效,電池的長期穩(wěn)定性成為困擾其商業(yè)化的瓶頸。
該團隊研究人員設計了一種鈣鈦礦電池的新結構,即在鈣鈦礦電池材料吸光層中引入長鏈吸濕性聚乙二醇(PEG)分子作為聚合物骨架,使鈣鈦礦材料成膜質量得到顯著改善,電池光電轉化效率和重復性得到顯著提高,最高效率可達16%,并且該種電池材料在100℃下一步法即可完成,制備方法簡單易行,易于推廣。
PEG分子具有超強吸濕性,能顯著提高聚合物骨架鈣鈦礦電池在濕度環(huán)境下的穩(wěn)定性,使得沒有任何封裝的電池器件在異常的潮濕環(huán)境中(70%相對濕度)就能夠展現(xiàn)出超過300小時的穩(wěn)定性。不僅如此,該聚合物骨架鈣鈦礦電池還展現(xiàn)出神奇的“自修復”功能,表現(xiàn)在鈣鈦礦材料被水解破壞后,1分鐘內即可迅速自修復回到原來的電池狀態(tài)和電池效率。研究表明,由于PEG與鈣鈦礦材料中的甲胺離子具有很強的相互作用,使水解后的碘化鉛與甲胺碘可原位再次生成鈣鈦礦材料,展現(xiàn)出電池材料和效率均可“自修復”的功能。
這種新型聚合物骨架結構鈣鈦礦太陽能電池為商業(yè)化應用發(fā)展提供了一條新思路。